مقدمه

مدولاسیون اسمز معکوس شامل مجموعه ممبران ها، پرشر وسل ها، ابزار دقیق و پایپینگ می باشد که چیدمان آن ها با توجه به شیوه طراحی و شرایط پروژه متغیر می باشد. در سیستم های اسمز معکوس به منظور انتقال آب خام به ممبران ها از پمپ فشار قوی استفاده می شود. انتخاب پمپ فشار قوی بستگی به کیفیت و کمیت آب خام دارد. با افزایش میزان جامدات محلول در آب، فشار اسمزی افزایش می یابد، در نتیجه متناسب با افزایش شاخص کیفی و کمی آب، فشار بوستر پمپ افزایش می یابد.

سیستم های اسمز معکوس معمولا با عملکرد پیوسته طراحی می گردد، که در آن آب خام به دو جریان آب تصفیه (Permeate) و پساب تغلیظ شده (Concentrate) تقسیم می شود.

مدولاسیون اسمز معکوس تک ماژوله:

این نوع سیستم در اسمز معکوس شامل یک عدد پرشر وسل می باشد که براساس ظرفیت آب خام و میزان ظرفیت آب تصفیه می تواند یک تا هشت ممبران را در خود جای دهد. پرشر وسل ها در سایزهای ۲.۵، ۴، ۸، ۱۶ اینچ ساخته و به صورت ورودی از کنار (Side port) و ورودی از انتها (End port) در فشارهای کاری مختلف طراحی و ساخته می شوند که نوع انتخابی آن به شرایط پروژه بستگی دارد. وقتی که چند ممبران داخل یک پرشر وسل قرار می گیرد، پساب تغلیظ شده در ممبران اول به عنوان آب خام وارد ممبران دوم می شود و این پروسه تا انتها ادامه دارد. در پرشر وسل های چند ممبرانه، لوله های مرکزی ممبران ها که آب تصفیه شده از آن عبور می کند توسط اتصالاتی به یکدیگر متصل می شوند و در انتها مجموعه آب تصفیه شده از ممبران ها خارج می گردد.

مدولاسیون اسمز معکوس تک ماژوله با بازگردانی پساب تغلیظ شده:

در سیستم های تک ماژوله اسمز معکوس، بیشینه بازیافت آب تصفیه شده ۵۰% می باشد، با این حال برای افزایش میزان بازیافت، بخشی از پساب تغلیظ شده را به آب خام بازگردانی می کنند، که این کار خطر گرفتگی ممبران را افزایش می دهد. بازگردانی پساب تغلیظ شده در اسمز معکوس تک ماژوله زمانی اتفاق می افتد که کیفیت آب خام از لحاظ میزان املاح معدنی و میکروبی بالا نباشد. زمانی که بازگردانی پساب به آب خام مد نظر باشد، در طراحی باید به شاخص های LSI و SDI توجه ویژه ای کرد. در صورتی که LSI کوچکتر از صفر باشد گرفتگی ممبران وجود ندارد، LSI مساوی صفر باشد احتمال گرفتگی ممبران وجود دارد، LSI بزرگتر از صفر باشد ممبران دچار گرفتگی می شود.

مدولاسیون اسمز معکوس تک مرحله ای: 

این سیستم همانند سیستم تک ماژول اسمز معکوس می باشد با این تفاوت که ممکن است تعداد پرشر وسل بیش از یک عدد باشد. در مدولاسیون سیستم اسمز معکوس تک مرحله ای بیشینه بازیافت آب تصفیه شده ۵۰% می باشد مثل تصفیه آب دریا. در سیستم های تک مرحله ای در صورتیکه تعداد پرشر وسل ها بیش از یک عدد باشد، چیدمان آن ها بصورت موازی می باشد، به این صورت که آب خام بصورت مساوی و یک میزان وارد هر پرشر وسل می شود و آب تصفیه شده و پساب تغلیظ شده در انتهای هر پرشر وسل بصورت جداگانه کلکتور شده و از سیستم خارج می گردد.

مدولاسیون اسمز معکوس چند مرحله ای:

هدف از طراحی و ساخت سیستم های چند مرحله ای، افزایش راندمان بازیافت آب تصفیه شده می باشد. معمولا سیستم های دو مرحله ای اسمز معکوس ۸۰-۷۵% راندمان بازیافت آب تصفیه را دارند. در سیستم های دو مرحله ای اسمز معکوس ۲/۳ (دو قسمت از سه قسمت) ممبران ها در مرحله اول و ۱/۳ (یک قسمت از سه قسمت) ممبران ها در مرحله دوم قرار می گیرند به عنوان مثال در صورتی که در طراحی بهینه انجام شده توسط نرم افزار تعداد ممبران مورد نیاز ۹ عدد باشد، ۶ عدد آن در مرحله اول و ۳ عدد مابقی در مرحله دوم قرار می گیرند (محاسبه تعداد و سایز ممبران، پرشر وسل و چند ممبرانه بودن پرشر وسل ها در مقاله بعدی توضیح داده می شود). متداولترین طراحی اسمز معکوس، طراحی دو مرحله ای با بازیافت ۷۵% می باشد.

مدولاسیون اسمز معکوس دو مرحله ای آب تصفیه:

این سیستم زمانی کاربرد دارد که آب تصفیه شده با کیفیت بالا یا آب فوق خالص نیاز باشد. معمولا در صنایع دارویی و الکترونیک از این نوع سیستم ها استفاده می گردد. در این نوع فرآیند آب تصفیه شده در مرحله اول به عنوان آب خام وارد اسمز معکوس مرحله دوم می شود. در مرحله دوم بازیافت آب تصفیه شده بین ۹۵-۹۰% می باشد. شایان ذکر است باتوجه به اینکه آب ورودی به مرحله دوم دارای کیفیت بالایی می باشد به منظور بهینه سازی طراحی و افزایش راندمان، جریان تغلیظ شده در مرحله دوم به جریان آب خام در مرحله اول بازگردانده می شود که این امر سبب کاهش TDS آب خام می شود.

مخلوط کردن آب خام با آب تصفیه شده:

زمانی که آب تصفیه شده برای مصارف آب آشامیدنی باشد، به منظور تامین برخی املاح معدنی مورد نیاز در آب آشامیدنی در صورتیکه آلایندگی آب خام زیاد نباشد، مقداری از آب خام را با آب تصفیه شده مخلوط می کنند که این امر سب کاهش تعداد ممبران می شود. در مواقعی که هدف از تصفیه آب مصارف آشامیدنی باشد به منظور املاح ضروری موجود در آب از رزین های مینرال یا معدنی استفاده می شود که در مرحله آخر آب تصفیه شده را از آن عبور می دهند.

بازگردانی آب تصفیه شده به آب خام:

در برخی مواقع که دمای آب خام متفاوت و متغیر است (مثل تابستان و زمستان)، به منظور ثابت ماندن آب ظرفیت آب تولیدی میزان فشار کاری بوستر پمپ باید تغییر کند، این تغییرات در فشار آب خام سبب تغییرات در کیفیت آب تولیدی می شود. برای جلوگیری از این تغییرات زمانی که مقدار آب تولیدی بیش از مقدار طراحی باشد، بخشی از آب تصفیه شده به آب خام بازگردانده می شود.